인듐

3. 특성

인듐은 주기율표에서 13족에 속하는 원소로, 성질이 주기율표상 각각 위아래에 위치한 갈륨과 탈륨의 중간이다. 다른 금속 원소들에 비해 희귀한 편으로 지각에 0.000016% 포함된 희유금속 중 하나이다.

3. 1. 물리적 성질

3. 2. 화학적 성질

인듐 금속은 물과 반응하지 않지만, 할로젠과 같은 더 강한 산화제에 의해 산화되어 인듐(III) 화합물을 생성한다. 인듐은 붕소화물, 규화물, 탄화물을 형성하지 않으며, 수소화물 InH₃은 저온에서 에테르 용액에서 일시적으로 존재할 뿐이며, 배위 없이 자발적으로 중합될 정도로 불안정하다.^[14] 인듐은 수용액에서 염기성을 띠며, 약간의 양쪽성 특징을 보이지만, 가벼운 동족체인 알루미늄과 갈륨과 달리 수용액 알칼리 용액에는 녹지 않는다.^[17]

4. 동위 원소

지구상에는 ¹¹³In^영어과 ¹¹⁵In^영어만이 존재한다. 전체 인듐의 95.7%가 ¹¹⁵In^영어이지만 이는 방사성 동위 원소이며, 우주의 나이보다 길고 자연적인 토륨(Th) 동위원소의 30,000 배의 반감기를 가지는 4.41×10¹⁴년의 반감기를 거쳐 주석-115로 베타 붕괴한다. 이처럼 방사성 동위 원소가 안정한 동위 원소보다 더 많이 존재하는 경우는 인듐, 텔루륨, 레늄뿐이다. 나머지 4.3%를 차지하는 동위원소 ¹¹³In^영어은 안정하다.^[18]

인듐은 원자량 97에서 135 사이에 39종류의 동위 원소가 알려져 있다. 인공 방사성 원소 중 가장 반감기가 긴 방사성 동위 원소는 인듐-111로 반감기가 약 2.8일이다. 나머지 인공적인 방사성 동위 원소들은 반감기가 5시간 미만이다. 또 인듐은 47개의 이성질핵 또한 가지는데, 반감기가 49.51 일인 인듐-114m1이 가장 안정하며, 이 동위원소는 지구가 생성되기 전부터 있었던 자연 동위원소 인듐-113과 ¹¹⁵In를 제외한 나머지 바닥상태의 동위원소보다 긴 반감기를 가진다. ¹¹⁵In^영어보다 질량수가 작은 인듐 동위원소는 전자 포획이나 양전자 방출을 통해 카드뮴(Cd) 동위원소로 붕괴되고 더 질량수가 큰 인듐 동위원소는 베타 마이너스 붕괴를 통해 주석(Sn) 동위원소로 붕괴된다.^{[18] 115}In^영어의 반감기가 매우 긴 이유는 ¹¹⁵Sn^영어으로의 베타 붕괴가 스핀 금지되기 때문이다.^[19]

자연계에는 질량수 113의 인듐과 질량수 115의 인듐 2종이 존재하며, 95% 이상이 질량수 115이다. 이 동위원소는 천연방사성 동위원소이다. 하나 이상의 안정 동위원소를 가지는 원소 중에서 천연 방사성 동위원소가 안정 동위원소보다 많이 존재하는 것으로는 인듐 외에 텔루르와 레늄이 있다.

인듐-115는 천연 방사성 동위원소라고는 하지만 반감기가 441조년으로 극단적으로 길어, 거의 안정 동위원소에 가깝다.

5. 화합물

산화 인듐(III)(In₂O₃)는 인듐 금속이 공기 중에서 연소될 때 또는 수산화물이나 질산염이 가열될 때 생성된다.^[21] In₂O₃는 알루미나와 유사한 구조를 가지며 양쪽성, 즉 산과 염기 모두와 반응할 수 있다. 인듐은 물과 반응하여 수용성 수산화 인듐(III)을 생성하며, 이 또한 양쪽성이다. 알칼리와는 인산염(III)을 생성하고, 산과는 인듐(III) 염을 생성한다.

:In(OH)₃ + 3 HCl → InCl₃ + 3 H₂O

황, 셀레늄, 텔루륨을 포함하는 유사한 세스퀴-칼코게나이드도 알려져 있다.^[22] 인듐은 삼할로겐화물을 형성한다. 인듐의 염소화, 브롬화, 요오드화는 무색의 InCl₃, InBr₃ 및 노란색 InI₃를 생성한다. 이 화합물들은 잘 알려진 알루미늄 삼할로겐화물과 다소 유사한 루이스 산이다.^[23] 관련된 알루미늄 화합물과 마찬가지로 InF₃는 중합체이다.^[23]

인듐과 프니크토겐의 직접 반응은 회색 또는 반금속성 III-V 반도체를 생성한다. 이들 중 많은 것들은 습한 공기 중에서 서서히 분해되므로, 대기와의 접촉을 방지하기 위해 반도체 화합물을 주의 깊게 보관해야 한다. 질화인듐은 산과 알칼리에 쉽게 부식된다.^[24] 인화인듐(InP), 비화인듐(InAs), 안티몬화인듐(InSb) 등이 대표적인 화합물 반도체이다.

인듐(I) 화합물은 흔하지 않다. 염화물, 브롬화물 및 요오드화물은 그것들이 제조되는 모(母) 삼할로겐화물과 달리 짙은 색을 띤다.^[25] 인듐(I) 산화물 흑색 분말은 인듐(III) 산화물이 700 °C로 가열될 때 분해되어 생성된다.^[21]

인듐은 덜 흔하지만, +2와 심지어 분수 산화 상태의 화합물을 형성하기도 한다. 일반적으로 이러한 물질들은 In–In 결합을 특징으로 하며, 특히 In₂X₄ 및 [In₂X₆]²⁻와 같은 할로겐화물^[26]과 In₄Se₃와 같은 여러 가지 부족 칼코겐화물^[27]에서 두드러진다. In^I₆(In^IIICl₆)Cl₃,^[28] In^I₅(In^IIIBr₄)₂(In^IIIBr₆),^[29] 및 In^IIn^IIIBr₄^[26] 와 같이 인듐(I)과 인듐(III)을 결합하는 다른 여러 가지 화합물이 알려져 있다.

유기인듐 화합물은 In–C 결합을 특징으로 한다. 대부분은 In(III) 유도체이지만, 사이클로펜타디에닐인듐(I)은 예외이다. 이것은 최초로 알려진 유기인듐(I) 화합물^[30]이며, 인듐 원자와 사이클로펜타디에닐 착물이 번갈아 나타나는 지그재그 사슬로 구성된 중합체이다.^[31] 아마도 가장 잘 알려진 유기인듐 화합물은 특정 반도체 재료를 제조하는 데 사용되는 트리메틸인듐(In(CH₃)₃)일 것이다.^[32][33]

산화인듐주석(ITO)은 전도성이 있으면서 투명하기 때문에 액정이나 플라스마와 같은 평판 디스플레이의 전극(투명 전도성 박막)으로 사용된다.

6. 용도

7. 생산 및 공급

인듐은 주로 섬아연석과 황동석 같은 광석에서 미량 성분으로 발견되며, 아연 제련 과정의 부산물로 추출된다.^[46][47][48]

7. 1. 대한민국의 대응책

8. 주의사항

순수 인듐은 대체로 무해하다고 알려져 있다. 반도체 산업 현장과 같이 인듐 노출이 많은 곳에서도 인듐 중독으로 인한 부작용은 아직 보고되지 않았다. 대부분의 인듐 화합물은 물에 잘 녹지 않아 체내 흡수가 적어 독성이 낮다. 그러나 수용성 인듐 이온은 체내에 직접 들어오면 콩팥, 심장, 간 등에 손상을 줄 수 있다. 염화 인듐, 인화 인듐 등은 폐에 흡입되면 독성을 나타낼 수 있다.^[74][75]

사람들은 직장에서 흡입, 섭취, 피부 접촉, 눈 접촉을 통해 인듐에 노출될 수 있다. 인듐 폐는 폐 질환의 일종으로, 2003년 일본에서 처음 보고되었다. 2010년까지 10건의 사례가 보고되었으며, 100명이 넘는 인듐 작업자에게서 호흡기 이상이 발견되었다.^[81] 미국 국립 직업 안전 보건 연구소는 인듐의 권고 노출 한계를 8시간 근무 기준 0.1 mg/m³로 정했다.^[82]

2001년에는 ITO 흡입으로 인한 간질성 폐렴 사망 사례가 보고되었고, ITO 취급 작업자들에게서 간질성 폐 질환 사례가 보고되었다. 최근 연구에서는 동물실험을 통해 화합물 반도체인 InP의 발암성이 확인되었고, InP 외 다른 인듐 화합물에서도 강한 폐 질환이 나타나는 등 인듐의 건강 영향에 대한 우려가 커지고 있다.

2010년 12월, 일본 후생노동성은 인듐·주석 산화물 등 취급 작업에 의한 건강 장해 예방 대책^[85]을 발표했다.

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